Фазовые равновесия и структурообразование : диаграмма фазового равновесия Fe-C

№ ₂₇₉₅         МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
     «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

   Кафедра физического материаловедения

   Е.С. Малютина





                Фазовые равновесия и структурообразование




  Диаграмма фазового равновесия Fe-C

  Сборник задач



   Рекомендовано редакционно-издательским советом университета






МИСиС


Москва 2016

УДК 669.01 М18

Рецензент канд. техн. наук, доц. В.Ю. Туртлина




     Малютина Е.С.
М18 Фазовые равновесия и структурообразование : диаграмма фазового равновесия Fe-C : сб. задач / Е.С. Малютина. - М. : Изд. Дом МИСиС, 2016. - 53 с.
        ISBN 978-5-87623-994-5




          Цель предлагаемых задач - изучить фазовые и структурные превращения в сталях и чугунах с использованием диаграммы фазового равновесия, распознавать сплавы по их микроструктуре, рассчитывать массовые доли фаз и структурных составляющих, а также определять состав сплавов по заданному количеству фазовых или структурных составляющих.
          В сборник впервые включены задачи на распознавание структурных и фазовых составляющих в сталях и чугунах.
          Предназначен для бакалавров, обучающихся по направлениям 03.03.02 «Физика», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», 22.03.02 «Металлургия», 22.03.03 «Наноматериалы».
УДК 669.01

ISBN 978-587623-994-5

© Е.С. Малютина, 2016
© НИТУ «МИСиС», 2016

            СОДЕРЖАНИЕ



1. Диаграмма фазового равновесия Fe-C.........................4
2. Условия задач..............................................6
  Задача 1 .................................................. 6
  Задача 2 .................................................. 6
  Задача 3 .................................................. 8
  Задача 4................................................... 9
  Задача 5 ................................................. 10
  Задача 6 ................................................. 51

3

            1. ДИАГРАММА ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ
            Fe-C



Рис. 1. Диаграммы фазового равновесия железо-графит, железо-цементит

   На рис. 1 приведены метастабильная диаграмма железо-цементит (Fe₃C) и стабильная диаграмма железо-графит (Г).
   Метастабильная диаграмма изображена сплошными линиями. Среди фаз диаграммы присутствует цементит (Fe₃C), содержание углерода в котором 6,67 %, буквенные обозначения точек диаграммы (S, E, P и др.) без штрихов. Стабильная диаграмма железо-графит заканчивается при концентрации 100%С. Она изображена пунктирными линиями, фазы для нее взяты в скобки, вместо цементита стоит графит (Г), буквенные обозначения точек со штрихами (S‘, E‘, K' и др.). Если фазовое равновесие в обеих диаграммах осуществляется без участия цементита и графита, линии диаграммы не дублируются и обозначаются сплошными линиями.


4

   Температура плавления чистого железа (точка А) составляет 1539 °С, температуры полиморфных превращений в точках N и G -1401 и 910 °С соответственно. Линия точек Кюри a-фазы - линия МО (770...768 °С), концентрация углерода в точке О - 0,5 %. Температура точки Кюри цементита - 210 °С.
   Ниже приведены концентрации углерода для обозначенных на диаграмме точек, С, % масс.:
   В - 0,51;
   С - 4,3;
   С' - 4,25;
   H - 0,1;
   J - 0,16;
   Е - 2,06;
   Е ‘ - 2,03;
   S - 0,8;
   S‘ - 0,69;
   Р - 0,025;
   Q - 0,006.
   В некоторых источниках имеются другие значения приведенных в данном случае концентраций и температур. Например, %С в точке Е может быть описан как 2,14%С, а эвтектоидной температуре в мета-стабильной диаграмме может быть присвоено значение 727 °С.

5

2. УСЛОВИЯ ЗАДАЧ



            Задача 1


   В сплавах метастабильной системы заданного химического состава (табл. 1) указать температуры аллотропиче ских превращений и фазовых переходов второго рода. Определить температуру, при которой сплав перестанет быть ферромагнитным при нагреве.

Таблица 1

Содержание углерода в сплавах

№ варианта  %С   № варианта  %С  
    1       0,9      18     1,65 
    2        6       19     4,25 
    3      0,001     20      1,7 
    4       5,4      21     0,003
    5       0,8      22     2,06 
    6       0,7      23     0,51 
    7       1,2      24      3,6 
    8       1,3      25     0,69 
    9       4,3      26      0,1 
    10      3,8      27     2,03 
    11      3,9      28      5,4 
    12     0,005     29      3,4 
    13      6,4      30      1,5 
    14      0,6      31      4,6 
    15     0,56      32      2,8 
    16      5,9      33     0,006
    17      4,4                  

            Задача 2


   Для сплава заданного химического состава построить кривую термического анализа при охлаждении, определить массовые доли фазовых и структурных составляющих при комнатной температуре, нарисовать микроструктуру сплава, определить температуры формирования структурных составляющих.